承载能力评定

承载能力评定（精选七篇）

承载能力评定篇1

斜拉桥是一个由索、塔、梁三种基本构件组成的组合结构,具有良好的力学性能,建造相对经济,景观优美,已成为大跨径桥梁建设中最有竞争力的桥型。但是由于车辆荷载、温度和其他环境因素的作用以及材料本身某些随时间变化的特性的影响,桥梁结构的几何线性及内力状态将会发生变化,在不利因素的长期作用下,斜拉桥的功能和技术状况一般都在逐渐退化。准确地检测评定斜拉梁承载能力,对其实际技术状况做出评估,以确保桥梁结构安全,这是公路桥梁养护工作的重要内容。

根据每座斜拉桥的具体情况和检测重点不同,技术状况检测项目也会有所不同,但一般有如下一些项目需要进行检测:

1)斜拉桥索塔及主梁轴线线形的检测;2)索塔及主梁混凝土裂缝检测;3)主梁各控制部位应力的检测;4)斜拉索索力的检测;5)斜拉索的防护层、斜拉索锈蚀情况及斜拉索锚头锈蚀情况的检测;6)桥梁附属设施的检测;7)桥梁自振特性及振动水平检测。

下面以青龙桥为例,简要介绍斜拉桥的检测内容、测试方法,以及结构承载能力评定方法。

1 桥梁概况

青龙桥主桥桥梁结构形式为单塔单索面扇形斜拉桥,主跨跨径为70 m,边跨跨径为50 m。加劲梁采用预应力混凝土箱梁结构,截面形式为单箱五室。加劲梁边跨采用铁砂混凝土压重。桥梁主塔采用独柱形式,结构上采用墩梁固结方式。桥面以上塔高45.992 m,塔柱下段采用两根直径为2.0 m的圆柱形钢管混凝土柱,两柱顺桥向净距2.0 m。该桥于2008年7月建成通车。立面图见图1。

2 成桥索力检测

斜拉桥等成桥后的索力测定基本上都是通过测拉索频率,计算得到索力。在封闭交通情况下,打开拉索防护罩,将高灵敏度的拾振器绑在斜拉索上,拾取拉索在环境振动激励下的振动信号,经过滤波、信号放大、A/D转换和频谱分析即可测出斜拉索的自振频率,进而由索力与拉索自振频率之间的关系获得索力。根据检测索力计算可知:所有斜拉索安全系数均大于2.5,满足斜拉索安全系数限值2.5要求。

3 斜拉桥的荷载试验

3.1 静载试验

为了满足鉴定斜拉桥承载力和桥梁状况评定的要求,静载试验工况的选择应反映桥梁结构的最不利受力状态。斜拉桥的索、塔、梁是其主要受力构件,因此斜拉桥实桥静载试验测试内容必须包含对这三种主要构件的测试。一般斜拉桥静载试验应包含以下几项:主梁、横梁、主塔以及桥面板控制截面在试验荷载下的应变(应力);主梁、横梁控制截面在试验荷载作用下的最大挠度以及塔顶位移;斜拉索的索力增量。

为了测试以上几项内容,需要设置多个加载工况。根据青龙桥结构受力特点以及荷载试验实施的需要,确定测试截面及测试项目如表1所示。

表1中测试截面如图1所示。试验采用30 t标准重车加载,各测试截面荷载效率系数均在0.8～1.05,满足规范要求,通过现场加载测试得到各测点的应力及变位值。

3.2 动载试验

行驶在公路桥梁上的车辆因受到多种复杂因素的影响,对桥梁结构产生冲击效应,因此动力效应往往会大于其静止作用在桥上所产生的静力效应。通过跑车、跳车和刹车试验测试结构的动应力和主梁的动挠度,可以分析获得不同行车条件下的冲击效应。根据试验项目及精度要求,通常进行动载试验使用的仪器有拾振器、动位移计、信号放大器等。根据实测主梁动挠度曲线,可以由下式推算出主梁的动力方法系数1+μ:

$1 + μ = \frac{最大动挠度值 γ}{本次波形振幅中心轨迹线的顶点值 γ_{0}}$ 。

本次动载试验采用一辆30 t标准重车分别以车速为10 km/h,20 km/h和30 km/h进行跑车、跳车和刹车试验,用动力测试系统记录跨中桥面竖向速度时程曲线,以测得桥梁在行车条件下的冲击系数值。实测动力方法系数结果如表2所示。

3.3 自振特性测试

一般测定实桥自振特性参数的方法主要有自由振动衰减法、强迫振动法和环境随机振动法。对于大跨径桥梁,较常用的是环境随机振动法,又称脉动法,通过在布置高灵敏度拾振器,采集桥跨结构由于桥址处风荷载、地脉动等随机荷载激振引起的微幅振动响应,从而获取结构的自振频率、振型和阻尼比等动态参数。

测点的布置方式与数据处理分析时期望得到的振型阶次有直接的关系,应在进行模态测试前,利用结构动力分析通用程序进行结构动力分析,估算结构前几阶振型形状和相应的固有频率,合理布置测点位置及布置方向。图2和图3分别为青龙桥一阶竖向振型的理论值和实测值。

青龙桥的各阶测试频率与计算频率的比较见表3。

3.4 结论

试验结果表明,各测试截面的应力和挠度校验系数ξ均小于1,结构的承载能力和刚度满足正常使用的要求,且有一定的安全储备;相对残余变位均小于20%,说明主梁处于弹性工作状态。

桥梁结构的实测冲击系数较均匀,冲击系数满足《大跨径混凝土桥梁的试验方法》评定要求;结构实测振型和频率与理论值吻合较好,且均大于理论值,表明桥梁动刚度满足设计要求;主桥实测前三阶振型对应阻尼比约为0.012,0.017和0.024,在正常值范围之内。

4 结语

荷载试验是评估斜拉桥使用性能和承载能力的非常重要和有效的方法,能够为旧桥的继续安全使用、养护、加固、改建或限载提供可靠的技术资料。在实际工程中,不同桥梁结构应该根据其各自的受力特点,制定相应的检测方案。

参考文献

[1]谌润水,胡钊芳.公路桥梁荷载试验[M].北京:人民交通出版社2,003.

[2]宋一凡.公路桥梁荷载试验与结构评定[M].北京:人民交通出版社2,003.

[3]胡大琳.桥涵工程试验检测技术[M].北京:人民交通出版社2,002.

[4]吴中鑫,刘彦峰.浅析斜拉桥加固改造工程的索力测试方法[J].科技创新导报,2009(30):21-24.

[5]叶小吁,何祖发.南昌英雄大桥荷载试验研究[J].铁道标准设计2,009(11):41-42.

桥梁承载力评定方法的比较篇2

桥梁承载力评定方法的比较

介绍了新的.桥梁承载力评定方法,概述了国内外桥梁结构外观质量评定与结构自振频率评定标准与方法,分析了它们的特点,以供桥梁检测工作者参考.

作者：邓桂萍 DENG Gui-ping 作者单位：广东交通集团检测中心,广东,广州,510800 刊名：山西建筑英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE 年，卷(期)：2009 35(13) 分类号：U441.2 关键词：桥梁检测自振频率混凝土强度

已加固石拱桥的承载能力评定篇3

石拱桥由于修建年代久远, 设计荷载等级较低, 使用过程中材料的老化、腐蚀及结构的不同程度破损, 造成了桥梁结构承载力的相对不足, 主要表现为主拱圈纵向开裂、基础下沉等。目前, 用于石拱桥加固的方法主要包括原拱圈上增设拱圈加固法 (拱上套拱) 、原拱圈下增设钢筋混凝土拱圈加固法 (拱下套拱) [1]、调整拱上恒载、粘贴钢板和增大截面的复合加固法、FRP材料加固法等。文献[2]还介绍了灌浆、增大拱圈截面、改变拱上填料和结构体系的综合加固方法。其中, 拱下套拱方法因为对交通影响小, 加固效果好而被广泛地采用[3]。本文通过对包头市柳树湾桥加固工程的阐述, 验证了采用内套拱圈加固法加固石拱桥的可行性, 为石拱桥的套拱加固提供科学依据。

一、工程概况

柳树湾桥位于包头至石拐公路K27+616, 原桥为4孔净跨径10 m的实腹式拱桥, 桥梁全长为60 m, 桥面净宽为净7.5+2×0.5 m护栏, 桥面横坡采用双向1.5%。拱圈矢跨比为1/3, 拱圈高为0.6 m。拱桥下部结构:桥墩为石砌重力式桥墩, 石砌U型桥台、扩大基础。原桥修建于上世纪70年代, 设计荷载为汽-15, 挂-80。经过几十年的运营, 在连续超载、重交通条件下, 旧桥所承受的交通荷载已大大超过了原设计规范要求。桥梁沿横桥向出现了较大的不均匀受力, 导致主拱圈底面出现多条纵向裂缝, 裂缝长在1~10 m之间, 表面裂缝宽度在2~10 cm之间, 其中一孔已经有部分石料塌陷。这些主要受力构件的病害已经严重影响了桥梁正常使用的安全性和耐久性, 需及时进行综合整治。

二、拱圈加固厚度及加固措施

1. 主拱圈加固厚度的确定

根据对目前交通情况、原有拱圈所用材料性能及受力体系、加固后桥梁使用荷载等级以及所处环境等影响因素进行综合考虑, 按新建拱桥初步确定拱圈的厚度。用此厚度减去原有拱圈厚度, 再酌情考虑部分安全厚度, 可初步得出新设拱圈的厚度为0.2 m, 但为了施工方便及增大安全性, 内套拱圈加固厚度取0.4 m。

2. 主拱圈的加固措施

原拱圈裂隙的修护原拱圈沿砌缝龟裂及主体拱圈的裂缝, 使用电机除尘, 喷雾湿润, 采用干轧水泥砂浆进行封堵, 并沿裂缝按设计留灌浆嘴, 待强度50%以上时, 从灌浆嘴灌结构环氧砂浆, 使裂隙间结合牢固。新拱圈构造钢筋共46排, 采用Φ25 mm HRB335的钢筋, 然后现浇厚度为40 cm的C25混凝土。钢筋布置图和新拱圈加固图如图2、图3所示。

三、加固后理论分析

1. 计算模型

内套拱组合加固法在其作用原理上属于二次叠合受力的范畴, 加固时对原桥梁的负载量、风化变形、施工变形以及新旧拱圈不同受力阶段的变形协调等因素进行综合考虑。考虑到活载作用下, 桥墩的位移和变形较小, 在本次设计中偏安全考虑, 假设以上荷载均由新建钢筋混凝土主拱圈承担。主拱圈计算跨径为9.39 m, 主拱圈为等截面圆弧板拱, 桥宽为9.26 m, 板厚为0.4 m, 拱圈、护拱、侧墙填料均采用分布荷载来模拟。拱圈材料采用C25砼。计算模型如图4所示。

2. 计算结果分析

活载按照公路-II级取值, 不考虑人群荷载。根据《公路桥涵设计通用规范》 (以下简称《规范》) 包头属寒冷地区, 桥梁结构的有效温度标准值为最高34℃, 最低-23℃, 参照相关资料, 取浇注拱圈时的温度为10℃, 则升温幅度为34-10=24℃, 降温幅度为-23-10=-33℃。

按《规范》第4.1.6条规定:按组合I验算结构的承载能力极限状态的强度, 主拱圈的弯矩图如图5~8所示, 加固后主拱圈控制截面的内力如表1所示, 使用状态的裂缝验算如表2所示。

计算结果表明, 加固后主拱圈关键截面的承载能力及裂缝验算满足要求。石拱桥拱圈顶部填料以及拱墙都对石拱桥的受力产生有利的影响, 在一定程度上能够提高拱圈的刚度和承载力。而本设计方案并未考虑, 总体上加固方案偏于保守。

四、结语

我国大部分石拱桥已经运营数十年, 大批桥梁需维修与加固。在这种情况下, 寻求经济、实用、便捷的加固整治方法和施工工艺以提高原桥的寿命和承载能力, 是一项十分重要的工作。该桥的加固设计方案, 不中断交通, 工程造价较低, 社会影响小, 达到了缩短工期、节省工程造价的目的。加固后的桥跨结构满足公路II级汽车荷载要求。通过对该加固设计的阐述希望对此类石拱桥加固改造提供一些借鉴和帮助。

参考文献

单箱多室宽箱梁桥承载能力评定篇4

一、单箱多室宽箱梁桥的计算方法概述

1. 常用计算方法及优缺点

目前解决单箱多室宽箱梁桥梁计算方法有: (1) 空间梁元模型法; (2) 空间薄壁箱梁元模型法; (3) 空间梁格模型法; (4) 实体、板壳元模型法。

第一种方法, 是不能考虑桥梁的横向效应的, 使用时要求桥梁的宽跨比不能过大。第二种方法, 是第一种方法的改进, 主要区别是采用了不同的单元模型, 考虑了横向作用如翘曲和畸变。第三种方法, 是目前设计及科研中常用的方法, 其特点是容易掌握, 且对设计能保证足够的精度, 其中采用较多的是剪力—柔性梁格法, 能充分考虑弯桥的横向的受力特性, 其优点是无需计算横向分布系数。第四种方法, 是解决问题最有效的方法, 能够考虑各种结构受力问题。

2.梁格法基本原理

梁格法作为一种桥梁空间的简化分析方法, 由于结构原型与粱格模型有着不同的结构特征 (例如梁格之间结构不连续、粱格节点上应力集中等) 因此其内力反应只能说是近似, 一般来讲, 上部结构的网格布置越密集, 这种近似性就越好, 计算结果也更符合实际;近似:弯矩与曲率成正比, 任一方向的弯矩与正交方向的曲率有关, 钢筋混凝土泊松比 (0.15~0.16) 比较小, 精度满足设计要求;实际结构, 任一单元平衡要求扭矩、扭率在正交方向上相等;等效梁格体系不能满足要求, 但当网格划分足够细密时, 可近似相等。

梁格法基本原理:用等效的梁格代替桥梁上部结构, 将分散在板、梁每一区段内的弯曲刚度和抗扭刚度集中于最邻近的等效梁格内, 实际结构的纵向刚度集中于纵向梁格构件内, 横向刚度集中于横向梁格内。

理想的刚度等效原则:当原型实际结构和对应的等效梁格承受相同的荷载时, 两者的挠曲将是恒等的, 并且每一梁格内的弯矩、剪力和扭矩等于该梁格所代表的实际结构部分的内力。

粱格法成败的关键在于采用合理的梁格划分方式和正确的等效梁格的刚度。具体的梁格划分方式及刚度的取值方法见文献。

二、工程背景及有限元模型建立与分析

1. 工程背景

某现状快速路高架桥为单箱多室宽箱梁桥, 在运行过程中经过实体检测后, 根据其现状情况对其进行承载力评估。承载力验算的桥梁为实桥的右幅第二联25+30+25+25+20 m的单箱六室5跨连续箱梁桥, 桥型布置图及立面图分别见图1及图2。箱梁的混凝土材料为C40, 预应力钢筋采用钢绞线。

2.旧桥承载能力修正系数 (见表1)

根据病害特征及特殊检测报告, 各联宽翼箱截面梁上部结构验算结合《公路桥梁承载能力检测评定规程》 (JTG/T J21-2011) , 引入桥梁检算系数 (Z1) 、耐久性恶化系数 (ξe) 、截面折减系数 (ξc, ξs) 及活载修正系数 (ζq) 对结构抗力效应和荷载效应进行修正。

3.有限元模型计算

利用midas Civil建立空间梁格有限元模型, 如图3所示。

(1) 承载能力极限状态下控制截面内力验算在承载能力极限状态下, 对宽翼箱截面梁的各控制截面的抗弯、抗剪承载力进行验算, 抗弯验算分别按只采用旧桥修正系数进行修正和采用修正系数、考虑预应力管道未灌浆及芯模下沉造成钢筋上浮 (5 cm) 等因素进行修正。

1) 在承载能力极限状态下, 抗弯承载力计算仅考虑旧桥修正系数进行修正的结果见表2。

2) 抗弯承载力考虑旧桥修正系数、预应力管道未灌浆及芯模下沉致钢筋偏位下浮 (5 cm) 等因素的影响进行修正的结果。

在承载能力极限状态下, 抗弯承载力计算根据现场检测结果, 考虑局部桥跨预应力未压浆, 截面抗弯承载能力计算偏安全的按照无粘结预应力构件, 对其钢绞线设计强度进行20%折减予以考虑, 钢筋保护层按减少5 cm予以考虑对梁高进行折减并采用旧桥修正系数对承载力进行修正。计算结果见表3。

3) 抗剪承载力仅考虑旧桥修正系数进行修正的结果, 计算结果见表4。

4) 抗剪承载力考虑旧桥修正系数、预应力管道未灌浆因素的影响进行修正的结果。

在承载能力极限状态下, 抗剪承载力计算根据检测结果, 考虑局部预应力未压浆, 截面抗剪承载能力计算偏安全的按照无粘结预应力构件, 对其钢绞线设计强度进行20%折减, 钢筋保护层按减少5 cm予以考虑对梁高进行折减并采用旧桥修正系数对承载力进行修正, 计算结果见表5。

(2) 正常使用极限状态下主梁应力、变形验算

在正常使用极限状态下对主梁应力进行验算, 在正常使用极限状态下, 次边墩墩顶截面处上翼缘出现2.8 MPa的名义拉应力外, 主梁上缘基本处于受压状态, 最大压应力出现在中跨跨中位置, 压应力最大包络值约为4.6 MPa, 满足规范要求。宽翼箱截面梁截面下翼缘在边跨四分点附近, 出现最大2.3 MPa的名义拉应力, 其余各跨也在四分点附近出现最大名义拉应力。按 (JTG D62-2004) 规范中对部分预应力B类构件有名义拉应力对应裂缝的规定, 考虑截面受拉区混凝土中非预应力钢筋的影响及梁高的修正, 该联名义拉应力规范限值为4.9 MPa, 满足规范要求。

在正常使用极限状态下, 各跨跨中在汽车荷载作用下挠度变形计算结果如下表6所示。

三、结语

(1) 承载能力极限状态下, 构件控制截面抗弯、抗剪承载力验算结果显示, 按两种情况修正的计算考虑预应力管道未灌浆等因素的影响下, 最不利的修正计算表明支点附近截面抗剪承载力, 支点、跨中截面的抗弯承载力满足规范要求。

(2) 在正常使用极限状态下, 最不利荷载工况主梁下缘最大名义拉应力为4.6 MPa, 按JTJ 023-85规范中对部分预应力B类构件有名义拉应力对应裂缝的规定, 考虑截面受拉区混凝土中非预应力钢筋的影响及梁高的修正, 该联名义拉应力规范限值为4.9 MPa, 满足规范要求。

(3) 采用空间梁格有限元模型, 能够充分精确地反应单箱多室宽箱梁桥的受力特性, 梁格法在实际工程计算中有较大的优越性。

摘要：为了研究多跨连续宽箱梁的受力特性及承载能力, 运用通用有限元软件midas Civil, 基于梁格法理论建立梁格模型进行分析计算。从而得出控制截面的抗弯及抗剪承载力, 对旧桥的安全性进行综合评估。

关键词：宽箱梁,梁格法,有限元

参考文献

[1]戴公连, 李德建.桥梁结构空间分析设计方法与应用[M].北京:人民交通出版社, 2001.

[2]JTG/T J21-2011, 公路桥梁承载能力检测评定规程[S], 2011.

[3]邱顺东.桥梁工程软件midas Civil常见问题解答[M].北京:人民交通出版社, 2009.

承载能力评定篇5

关键词：桥梁承载能力,静载试验,桥梁检算,技术状况等级评定

随着国家经济发展的突飞猛进, 交通运输事业的发展也是蒸蒸日上, 交通量与日俱增, 车辆载重显著提高, 加之部分地区管养不当或自然等因素的影响, 已使得部分桥梁处于一种带病、超负荷工作状态。故如何对桥梁实际状态做出评估, 确切评定其承载能力, 以便采用科学合理的管养办法, 改善其适应度, 提高公路通行能力, 这是我国公路质检机构所面临的一大紧迫任务。

1 目前桥梁静载试验评定桥梁承载能力概况

(88) 公路技字11号, 公路旧桥承载能力鉴定方法规定, 当桥梁静载试验项目比较全面时, 可采用荷载试验主要挠度测点的校验系数η来评定结构的强度和稳定性。检算时对结构的抗力效应进行折减或提高, 公式如下:

对于砖石和混凝土桥:

$S_{d} (γ_{s o} ψ \sum γ_{s 1} Q) \leq R_{d} (\frac{R^{i}}{γ_{m}} ‚ α_{k}) \times Ζ_{2}$ (1)

其中, Sd为荷载效应函数;Q为荷载在结构上产生的效应;γso为结构的重要性系数;γs1为荷载安全系数;ψ为荷载组合系数;Rd为结构的抗力效应函数;Ri为材料或砌体的极限强度;γm为材料或砌体的安全系数;αk为结构的几何尺寸;Z2为检算系数。

对于钢筋混凝土及预应力混凝土桥:

Sd (γgG; $γ_{q} \sum Q) \leq γ_{b} R_{d} (\frac{R_{c}}{γ_{c}}$ ; $\frac{R_{s}}{γ_{s}}) \times Ζ_{2}$ (2)

其中, Sd为荷载效应函数;G为永久荷载;γg为永久荷载安全系数;Q为可变荷载及永久荷载中混凝土收缩、徐变影响力, 基础变位影响力;γq为荷载Q的安全系数;Rd为结构的抗力效应函数;γb为结构工作条件系数;Rc为混凝土强度设计采用值;γc为在混凝土强度设计采用值基础上的混凝土安全系数;Rs为预应力钢筋或非预应力钢筋强度设计采用值;γs为在钢筋强度设计采用值基础上的钢筋安全系数;Z2值见表1。

2 桥梁静载试验评定承载能力存在问题探讨

例1:重庆某区县二级公路上某大桥梁上部结构采用6×20 m 预应力混凝土简支空心板, 下部结构采用双柱式桥墩和重力式U形桥台。上部结构横桥向布置9片空心板, 板高0.9 m, 板宽1.00 m, 采用40号混凝土, 桥面铺装采用厚度为6 cm～13 cm防水混凝土。桥面宽:0.25 m (栏杆) +0.75 m (人行道) +7.00 m (车行道) +0.75 m (人行道) +0.25 m (栏杆) =9.00 m, 双车道设计。设计荷载标准为:汽车—20级、挂车—100, 人群3.5 kN/m2。选取3跨为静载试验跨, 试验前对该桥进行了病害观测, 发现该桥各测试跨板体底板跨中区域存有纵向裂缝, 裂缝长度在0.5 m～8 m范围, 裂缝最大宽度为0.5 mm (超出规范限值0.2 mm) 。从该桥测试跨各板板底纵向裂缝的宽度及长度来看, 该桥梁体需要进行加固处理。但对该桥进行静载试验时, 采用4辆单桥车作为试验荷载, 该桥跨中截面荷载效率达到0.98。但该桥实测应力校验系数为0.220～0.557, 挠度校验系数为0.309～0.360。从静载试验的结果看该桥有一定的安全储备;同时根据表1的规定该桥检算时承载能力也会提高。

例2:重庆某区县二级公路上某中桥上部结构采用4×20 m预应力混凝土简支空心板桥, 设计为部分预应力A类构件;下部构造为重力式桥台、扩大基础及桩柱式墩;上部结构横桥向布置9片空心板, 板高0.9 m, 板宽1.00 m, 采用40号混凝土;其行车道宽度为:0.50 m (防撞护栏) +8.60 m (行车道) +0.50 m (防撞护栏) ;汽车—20级、挂车—100。静载试验前发现该桥测试跨自右侧起第4号板及第5号板板底跨中区域各有3条横向贯通裂缝, 横向裂缝最宽达0.10 mm, 不满足设计规范要求。对该桥静载试验时采用4辆单桥车作为试验荷载, 该桥跨中截面荷载效率达到1.006;但该桥实测应力校验系数为0.396～0.512、挠度校验系数为0.396～0.440。从静载试验的结果看该桥有一定的安全储备;同时根据表1的规定该桥检算时承载能力也会提高。

例3:重庆某立交桥为一座 (18.87+3×20+16) m普通钢筋混凝土连续板桥, 梁高90 cm, 其行车道宽度为:0.50 m (防撞护栏) +10.00 m (行车道) +0.50 m (防撞护栏) ;其设计荷载标准为:汽车—20级、挂车—100。静载试验前该桥每跨L/4区～3L/4区段, 箱梁底面密布横向贯通裂缝, 并伴有少许纵向裂缝, 纵向裂缝最长达12 m, 横向贯通裂缝最大宽度达0.4 mm, 纵向裂缝最大宽度达0.2 mm, 竖向裂缝最大宽度达0.22 mm。可定为危桥。对该桥静载试验时采用4辆单桥车作为试验荷载, 该桥跨中截面荷载效率达到1.006;但该桥实测应力校验系数为0.137～0.672, 挠度校验系数为0.443～0.940。从静载试验的结果看该桥仍有安全储备;同时根据表1的规定该桥检算时承载能力也会提高。

3 桥梁技术状况评定方法简介

桥梁各部件技术状况评定的方法为:根据各部件缺损程度 (大小、多少或轻重) 、缺损对结构使用功能的影响程度 (无、小、大) 和缺损发展变化状况 (趋向稳定、发展缓慢、发展较快) 三个方面定出扣分标度 (0, 1, 2) , 以累加评分方法对各部件缺损状况做出等级评定, 同时按照各部件对应权重进行分数累加。

综合评定 $D_{r} = 100 - \sum_{i = 1}^{n} R_{i} W_{i} / 5$ 。其中, Dr≥88 为一类;60≤Dr<88 为二类;40≤Dr<60为三类;Dr<40为四类、五类。其中一类桥梁进行正常保养;二类桥梁需进行小修;三类桥梁需进行中修, 酌情进行交通管制;四类桥梁需进行大修或改造, 及时进行交通管制, 如限载、限速通过, 当缺损较严重时应关闭交通;五类桥梁需进行改建或重建, 及时关闭交通。

4 桥梁承载能力评定发展方向预测

综合目前桥梁静载试验评定桥梁承载能力的不足之处, 桥梁承载能力评定的发展方向可能为综合桥梁静载试验及桥梁技术状况评定二者合一。将桥梁承载能力评定满分值定为100分, 其中静载试验满分占A分, 桥梁技术状况评定满分占B分, A+B=100。其静载试验结果得分值与应力及挠度校验系数有关, 定为a×A。其中, a为权重系数由应力及挠度校验系数的大小范围确定。桥梁技术状况评定具体得分值由桥梁各部件的技术状况评定确定, 其值为B×Dr/100, 其中, Dr为按桥涵养护规范确定的分数值。桥梁承载能力最终得分为W=a×A+B×Dr/100, 其中, W的分值越高桥梁的安全储备越大。

5 结语

本文简述了目前桥梁承载能力评定的主要及常用方法为桥梁静载试验及桥梁检算, 并通过桥梁静载试验实例阐述了桥梁静载试验及桥梁检算对桥梁承载能力评定方面尚存不足之处。并预测了未来桥梁承载能力评定方法的发展方向, 其有待于进一步分析研究及大量静载试验、桥梁检算及技术状况评定等数据论证。本文对桥梁承载能力评定方法发展方向的预测仅为桥梁荷载试验者们抛砖引玉, 旨在更多的研究者能够重视桥梁荷载试验, 提出更为科学的方法, 客观全面的评价桥梁的承载能力。

参考文献

[1] (88) 公路技字11号, 公路旧桥承载能力鉴定方法[S].

[2]JTG H11-2004, 公路桥涵养护规范[S].

承载能力评定篇6

1 梁桥主梁承载能力影响因素的隶属函数建立

1.1 结构完整性的分级隶属函数

在役梁桥的结构构造, 往往存在一定程度的不合理现象。结构完整性的不同, 对梁桥结构使用功能和承载力的影响不同。因此, 以结构 (构件) 构造的缺陷程度作为模糊划分的依据, 建立结构完整性的分为良好状态、较好状态、较差状态、差的状态、危险状态五个评价等级。

1.2 混泥土强度的分级隶属函数

由于混凝土的质量问题, 造成钢筋混凝土构件内部存在缺陷及密实度差, 不仅影响梁桥的承载力, 而且大大削弱了混凝土抵抗外界有害介质侵蚀的能力。取混凝土实测强度与设计强度之比作为混凝土质量影响的分级指标, 按照模糊划分的原则确定分级隶属函数: (1) R实/R计<1.07为危险; (2) 1

1.3 裂缝的分级隶属函数

裂缝对钢筋锈蚀的影响也会随着裂缝宽度的增加而增大。本文取裂缝最大缝宽和裂缝容许缝宽的比作为裂缝影响的分级指标, 按照模糊划分原则确定的分级隶属函数:0<最大缝宽/容许宽度<0.42为良好, 0.28<最大缝宽/容许宽度<0.7为中级, 0.56<最大缝宽/容许宽度<1为差, 0.84<最大缝宽/容许宽度为危险。

1.4 钢筋锈蚀的分级隶属函数

钢筋锈蚀对梁桥的承载能力有明显的影响, 钢筋锈蚀越严重, 承载力越小。以钢筋电位水平作为钢筋锈蚀影响的分级指标, 按照模糊划分的原则确定分级隶属函数: (1) 电位水平 (m V) >-50, 钢筋未锈蚀; (2) -50<电位水平 (m V) <-150, 锈蚀状况不明确 (锈蚀、锈空、局部锈蚀) ; (3) -150<电位水平 (m V) <-250, 严重锈蚀; (4) 电位水平 (m V) <-250, 全面锈蚀。

1.5 变形的分级隶属函数

对于梁桥结构的长期变形, 主梁下挠后受压区混凝土应变显著增大, 从而大大削弱了梁桥的承载力。因此, 以结构 (构件) 构造的变形程度作为模糊划分的依据, 建立变形的分级隶属函数:

(1) 良好状态:完好

(2) 较好状态:较好, 梁体无明显变形

(3) 较差状态:出现明显下挠, 挠度小于限值

(4) 危险状态:挠度或其他变形大于限值

(5) 差的状态:出现明显下挠

2 基于模糊和熵权法的梁桥主梁承载能力评价模型

2.1 建立评价因子集和评价结果集

为了实现评价, 需要建立评价因子集和评价结果集并建立两者之间的关系。梁桥主梁承载力的主要因素有结构完整性B1、混凝土强度B2、裂缝B3、钢筋锈蚀B4、变形B5。故评价因子集为F={B1, B2, B3, B4, B5}.将梁桥主梁承载能力外观技术等级的评价结果集C分为优秀、良好、中等、差、危险五个等级。则C={R1, R2, …, Rn}={优秀, 良好, 中等, 差, 危险}, 评价等级对应为:

(1) 优秀[95, 100]

(2) 良好[80, 95]

(3) 中等[60, 80]

(4) 差[40, 60]

(5) 危险[0, 40]

2.2 评价指标的模糊评价矩阵确定

在进行模糊综合评价前应先确定各评价指标的隶属度。对于定量指标, 通过隶属函数确定该评价指标的等级的隶属度。对于定性指标, 通过模糊统计法来确定指标的评价等级的隶属度。模糊统计方法是让参与评价专家按事先给定的评价集C给各个评价指标划分等级, 再依次统计各个评价指标Uij属于各个评价等级vq (q=1, 2, 3, 4, 5) 的频数nijq, 由nijq计算评价因素隶属于评价等级vq的隶属度rijq, 即用属于某一评价等级的专家人数占总专家人数的比例来确定评价指标的评价等级的隶属度[1]。如果聘请n个专家, 则评价指标Uij的隶属度为

最后得到指标的模糊评价矩阵V= (xij) mxn

2.3 熵权法确定指标权重

(1) 首先应对指标值进行标准化处理, 即对X矩阵进行标准化处理。计算第j项指标下第i个评价对象的指标值的比重pij

式中xij为第i个评价对象在第j项指标下得到的评价指标值。

(2) 计算第j项指标的熵值hj

(3) 计算各项目指标的权重wj

2.4 梁桥主梁承载能力的等级评价

定义C集的指标权向量I, I表示隶属于C集的模糊度峰值的对应值的集合。通常情况下, C集是按照特征值程度均匀分布的集合, 在这种情况下, I为规则的等差序列[2]。因此, 最终的安全等级分值L可表示为:

3 实例分析

本文以重庆某梁桥的安全评价为例来校正上面所提评价方法的有效性。该桥的主梁采用1X20m预应力简支空心板。桥梁下部结构为U型桥台。桥面总宽度为12.0米。路面采用水泥混泥土路面。该桥的空心板腹板、底板出现大量纵向裂缝, 钢筋锈蚀等情况也比较严重。通过获取、整理全面描述和记录桥梁主梁基本特征和当前技术状况的信息, 邀请20位专家进行评分, 对于梁桥主梁外观技术等级评价中的定性指标, 即结构完整性和变形等评价指标的评价等级列表征求专家意见, 并根据式 (1) 计算其隶属度。对于定量指标, 根据其隶属函数计算各数量化指标的隶属度, 这样就可以得出对专家评价信息进行统计和归一化, 建立隶属矩阵。

根据公式 (2) 、 (3) 、 (4) , 得到指标权重后赋予优秀、良好、中等、差、危险5个评语状态的特征值, 即定义指标权向量I为I=[100, 80, 60, 40, 20]求得L=61.2, 根据综合评价该梁桥的承载能力主梁外观技术等级为三级, 说明该梁桥的承载能力不足, 应该采取相应的加固措施。

根据《公路桥梁技术状况评定标准》 (JTG/TH21-2011) 规定, 本桥上部结构技术状况评分为68.75, 桥梁上部结构技术状况等级为3类。需对该桥上部结构进行加固。

4 结论

混凝土构件的实际承载能力受到很多因素影响, 通过模糊与熵权相结合的方法得到梁桥主梁承载力的外观技术等级, 较准确的评价了梁桥上部结构的承载能力, 同时也为确定相对应的加固方案提供科学依据。

参考文献

[1]文兴忠.基于熵权和模糊综合评价的航空公司安全风险研究[J].四川广汉:中国民航飞行学院人事处, 2012.

桥梁结构检测及其承载力评定篇7

通过对桥梁的全面检测,系统地收集当前桥梁技术数据,积累技术资料,为充实桥梁数据库、加强桥梁科学管理和提高桥梁技术水平提供必要条件;通过合理设计检测的方法,辅以布设长期监测设备,逐步建立桥梁健康监测系统,确保桥梁长期安全运营,以发挥其最佳经济效益和社会效益。

1 现行桥梁承载力评定方法

目前对于桥梁承载力的评定可分为4类:病害调查经验评定法,综合分析法,分析计算法,荷载试验法。

1.1 病害调查经验评定法

这一方法的主要依据是JTJ 073-96公路养护技术规范。在桥梁检查的基础上,通过对桥梁的技术状况及缺陷和损伤的性质、部位、严重程度和发展趋势的调查,弄清出现缺陷和损伤的主要原因,分析和评价既存缺陷及损伤对桥梁质量和使用承载能力的影响,并为桥梁维修和设计提供可靠的技术数据和依据。这种方法要求现场检查人员必须具有丰富的工程经验和专业知识。

1.2 综合分析法

此方法是在桥梁检查的基础上,采用无破损方式测定混凝土强度、混凝土碳化深度、混凝土氯离子含量、混凝土电阻率、钢筋混凝土保护层厚度和结构混凝土中钢筋锈蚀状况,进行折减后的结构承载力验算,综合分析计算结果和结构裂缝等外观条件,评定结构材料状况。

1.3 分析计算法

首先对被检定的桥梁结构进行检查(收集资料、现状检查、材质与地基的检验等),然后将检查所得的有关资料和检验测量结果,运用桥梁结构计算理论及有关的经验系数进行分析计算,从而评定出桥梁的安全承载能力。

随着计算机技术特别是钢筋混凝土有限元理论的发展,有限元计算法引起了各国学者的重视。编制有限元计算程序或采用通用的有限元分析软件,用计算机模拟实际桥梁的荷载试验,计算桥梁的实际承载力,评定步骤如下:1)桥梁调查;2)确定加载形式并划分单元;3)分级加载计算;4)评定承载力。

1.4 荷载试验法

桥梁结构荷载试验是对桥梁结构物工作状态进行直接测试的一种检定手段,是对桥梁结构性能最直观、最可靠的检测方法。按施加荷载的类型可分为静载试验和动载试验,我国在这方面有成熟的方法和标准。桥梁结构静载试验是按照桥梁的设计荷载等级,根据荷载的最不利位置布置静载,或者根据桥梁结构的控制内力确定荷载及其位置,对桥梁结构进行加载,静载试验的加载量一般为设计荷载的0.8倍～1.0倍,试验前应先进行估算。

2 桥梁检测方法

1)静态检测方法。静力荷载试验就是将静止的荷载作用于桥梁上的指定位置,以便能够测试出结构的静应变、静位移以及裂缝等,从而推断桥梁结构在荷载作用下的工作状态和使用能力的试验。通过这些与桥梁工作性能有关的参数,可以分析得出结构的强度、刚度及抗裂性能,据此判断桥梁的承载能力。

2)动态检测方法。动力荷载就是将行驶的汽车荷载或其他动力荷载作用于桥梁结构上,来测出结构的动力特性,从而判断出桥梁结构在动力荷载下受冲击和受振动影响的试验。其试验的目的在于测定结构的动力特性。

3 结构性能状况检测

3.1 基于动载试验的桥梁结构状况检测

桥梁结构的动力特性是与结构的组成形式、刚度、质量分布和材料性质等结构本身的固有性质有关,而与荷载等其他条件无关的性质。桥梁的模态参数是整个结构振动系统的基本特性,它是进行结构动力分析所需的参数,其结果不仅可以用来分析结构动载作用下的受力情况,而且为桥梁承载力状况评定提供重要指标。

1)固有频率的测定。对于比较简单的结构,只需结构的一阶频率,对于较复杂的结构动力分析,还应考虑第二、第三及更高阶的频率。桥梁固有频率可以直接通过测试系统实测记录的功率谱图上的峰值、时域历程曲线等确定。由基频还可以推算承重结构的动刚度。

2)阻尼。桥梁结构的阻尼特性一般由对数衰减率或阻尼比来表示,可由时域信号中的振动衰减曲线求得。另外,也可以从功率谱图中用半功率带宽法来计算阻尼,一般测试系统软件均可完成此类分析。

3)振型。一般桥梁结构的基频是动力分析的重要参数。传感器测点的布置根据不同的结构形式,通过理论分析后确定。振型的测定一般采用两种方法,一种是使用多个传感器测定,另一种是使用一个传感器变换位置测量,这种情况下需要一个作用参考点,测试时比较繁琐。在条件限制时使用,一般应采取第一种方法测试。

4)冲击系数。冲击系数μ为冲击力与汽车荷载之比。对于线弹性状态下的结构来说,动荷载产生的荷载效应与静荷载产生的荷载效应之比即为1+μ。因此,冲击系数的测试通常采用测定结构动应变或动挠度的方法。测试前,在梁的跨中(或最大变位、应变处)布置电阻应变片式的位移计或应变计,并通过动态应变仪与电脑相接。试验时,由加载车辆以某一速度从测点驶过,记录其输出应变随时间变化的实时信号。一般情况下,应测试记录多种车速下的输出应变结果,以做分析比较。

3.2 基于人工神经网络的桥梁结构状况检测

现实中桥梁处于一个复杂的动态系统中,影响结构安全性、适用性及耐久性的因素多,各影响因素之间的关系也存在着大量的不确定性和模糊性。传统的桥梁结构评估方法不能很好地处理这些不确定性因素的影响,而人工神经网络方法却能实现从输入参数到输出参数之间的非线性映射,非常适合于非线性很强的混凝土桥梁结构损伤诊断。

1)人工神经网络。

人工神经网络(Artificial Neural Networks,ANN),一种模仿动物神经网络行为特征,进行分布式并行信息处理的算法数学模型。这种网络依靠系统的复杂程度,通过调整内部大量节点之间相互连接的关系,从而达到处理信息的目的。人工神经网络是并行分布式系统,采用了与传统人工智能和信息处理技术完全不同的机理,克服了传统的基于逻辑符号的人工智能在处理直觉、非结构化信息方面的缺陷,具有自适应、自组织和实时学习的特点。

2)结构等级评估输入参数。

混凝土材料方面:a.截面损失程度:由于混凝土在空气中的碳化作用,碳化部分将不参加构件的工作,因此构件截面减小。此参数以混凝土碳化深度与构件实际尺寸的比值来衡量。b.混凝土强度损失程度:混凝土强度随时间而降低。此参数以混凝土强度下降程度来衡量。c.开裂程度:对大部分结构,允许在规定范围内带裂缝工作,但是裂缝的产生和扩展对结构的抗弯能力及钢筋的保护有很大影响。此参数用裂缝宽度可靠指标与允许可靠指标的比值来度量。动力特性方面:a.固有频率下降,由于长期运营,桥梁的固有频率、刚度随时间增加有逐渐减小的趋势,其竖向刚度降低较快;b.桥梁刚度下降,内部混凝土出现疲劳,产生了塑性变形,大大降低了桥梁刚度。

3)结构等级评估输出参数。通过人工神经网络系统的反

复训练,可以输出y值,根据《公路旧桥承载能力鉴定方法》(试行)中划分的4个等级来评估结构等级。y体现不同的破损程度,数值越小,破损程度越小。评估等级与y取值的对应关系:a.一级,0.00<y≤0.05,满足国家规范要求,不必采取任何措施;b.二级,0.05<y≤0.15,略低于国家规范要求,但不影响正常使用;c.三级,0.15<y≤0.35,不满足国家规范要求,影响正常使用,应采取维修加固措施;d.四级,0.35<y≤1.00,严重不满足国家规范要求,是危桥,须及时采取措施。

4 结语

桥梁检测是一项复杂而细致的工作,不仅要求工作人员有丰富的实际现场经验,而且同时需要坚实的理论基础作为指导。与此同时,新材料、新工艺、新结构形式的采用也越来越多,为了积累这方面的工程经验,我们有必要做一些检测工作。另外,对出现病害的桥梁也需要做鉴定以评价其安全指标。因此只有把理论和实际充分结合起来,再加上指挥者与各试验人员之间的默契配合,才能做好检测工作并取得满意的数据,也只有这样才有可能做出准确的评估。

参考文献

[1]李亚东.既有桥梁评估方法研究[J].铁道学报,1997(3):34-36.

[2]李荣均.桥梁结构检测及其承载力评定[D].北京:北方工业大学2,004.

[3]阎平凡,张长水.人工神经网络与模拟进化计算[M].北京:清华大学出版社2,000.

[4]徐犇.桥梁检测与维修加固百问[M].北京:人民交通出版社2,002.

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高校保卫工作02-27